二、嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層的結(jié)構(gòu)外形及嵌擠度

嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層的結(jié)構(gòu)外形及嵌擠度，（2014-03-10??? 發(fā)表于《市政技術(shù)》

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郭 高,徐 儉,趙健淳

（長(zhǎng)春市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）

（2014-03-10??? 發(fā)表于《市政技術(shù)》）

【摘要】嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層是國(guó)內(nèi)道路結(jié)構(gòu)的最新專利技術(shù)，其核心是具有三向立體嵌擠及榫卯功能的砌塊。該砌塊由混凝土預(yù)制成型，按一定規(guī)則組裝井灌注砂漿即構(gòu)成增路基層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的施工工藝是將常規(guī)道路施工在同一場(chǎng)地順序作業(yè)的模式，改為在不同場(chǎng)地分期作業(yè)的模式，關(guān)鍵是將基層結(jié)構(gòu)養(yǎng)生場(chǎng)地由路床轉(zhuǎn)移至預(yù)制場(chǎng)。從而達(dá)到縮短建設(shè)工期，減少溫差、運(yùn)距、設(shè)備，人員等環(huán)節(jié)對(duì)施工質(zhì)量的不利影響，保證道路基層施工質(zhì)量的目的。該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于道路搶修，停車場(chǎng)、高架橋下被交路口，地道橋下穿路段的道路通工，具有工期短

【關(guān)鍵詞】道路；’基層；嵌擠度；三向互鎖；骨架嵌擠

1技術(shù)背景

? ? ?混凝土預(yù)制塊在建筑及市政工程中已有廣泛的應(yīng)用,為使預(yù)制塊組合體有足夠的整體穩(wěn)定性，通常采取砌塊自身設(shè)置卯榫結(jié)構(gòu)、砌塊之間靠螺栓連接結(jié)構(gòu)、預(yù)留型芯配鋼筋現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)、縫隙灌注砂漿結(jié)構(gòu)等形式。在這些結(jié)構(gòu)中,利用混凝土預(yù)制件自身設(shè)置卯榫連接及預(yù)留型芯配鋼筋現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，不但使預(yù)制件外形復(fù)雜,增加制造工藝難度,并且因卯榫截面受預(yù)制件尺寸限制,連接強(qiáng)度有限,在使用中容易損壞。而采用砌塊之間靠螺栓連接結(jié)構(gòu)時(shí),由于鋼筋與混凝土強(qiáng)度差大,在有震動(dòng)荷載情況下連接處的混凝土易損壞,需要設(shè)置過渡材料,造成工藝復(fù)雜、成本提高。砂漿灌注工藝因簡(jiǎn)單而被經(jīng)常使用,但是普通混凝土預(yù)制塊之間在無(wú)卯榫條件下由于整體穩(wěn)定性差容易產(chǎn)生滑移、錯(cuò)動(dòng),致使砂漿結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下松散[1],砌塊間的連接也隨之失效,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

? ? ??經(jīng)考察,老式木箱的邊角均采用雙向嵌鎖穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、北京琉璃河大橋及盧溝橋所使用的銀錠扣卯榫結(jié)構(gòu),也是利用卯榫固定相鄰的石料。這類卯榫結(jié)構(gòu),沒有使用現(xiàn)代的鋼筋或螺栓連接,仍然具有極佳的穩(wěn)定特征，據(jù)此可證嵌鎖與卯榫是保持橋梁等建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和長(zhǎng)壽命的訣竅。

? ? ?借鑒北京琉璃河大橋銀錠扣結(jié)構(gòu)特性及常見混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)的利弊,依靠砌塊之間互為卯榫的原理,提出一種平面縱橫均為錯(cuò)縫、立面互為卯榫，具備三向立體嵌擠穩(wěn)定的新型結(jié)構(gòu)--嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層結(jié)構(gòu)。

2 砌塊外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

??? 嵌擠度是指衡量砌塊結(jié)構(gòu)在受垂直荷載作用時(shí)，砌塊之間互為卯榫產(chǎn)生嵌擠作用大小的程度。例如:1塊紅磚呈立方體,由于其側(cè)面為90°角,因此嵌擠度為零。當(dāng)將磚塊按路面磚的鋪設(shè)方式以相互垂直的行列組合成平面結(jié)構(gòu)時(shí),盡管其中單塊磚可以承載垂直力，但是在不考慮縫隙內(nèi)填砂與磚塊側(cè)面的摩擦作用條件下,各相鄰磚塊不能相互抵抗垂直荷載[1],結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)為各磚塊沉降量不均，導(dǎo)致平整度差。這種結(jié)構(gòu)在水平方向的荷載是按行或列傳遞受力,如果使其如路面磚一樣地錯(cuò)縫排列,使每塊磚相對(duì)于其他磚都是卯榫,也只能傳遞錯(cuò)縫方向的荷載,而對(duì)于通縫方向及垂直方向仍然不能傳遞荷載。即使將磚塊按人字型雙向錯(cuò)縫排列,使之具有水平面 X、Y 方向的抗荷載能力，依然不能相互抵抗垂直荷載,不具備抵抗沉降的功能，因此沒有垂直方向的整體穩(wěn)定性。

? ? ??嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層結(jié)構(gòu)中的砌塊不但具備水平面內(nèi)X、Y方向的抗荷載能力，同時(shí)還具有砌塊之間相互抵抗垂直荷載的能力,因此可以適應(yīng)車輛荷載的工作環(huán)境，這是作為道路基層結(jié)構(gòu)使用的首要條件。該結(jié)構(gòu)中的砌塊有甲、乙兩種結(jié)構(gòu)形式。

2.1甲型砌塊

? ? ?首先建立1個(gè)立方體。在該立方體三視圖中，將主視圖按正梯形呈上窄下寬斷面繪圖，側(cè)視圖按倒梯形上寬下窄斷面繪圖。這樣就形成了該結(jié)構(gòu)甲型砌塊的完整圖形。將許多相同的甲型砌塊按相鄰斜面貼合的原則組裝在一起,即為砌塊組裝基層主體結(jié)構(gòu)。砌塊頂面長(zhǎng)邊減去底面短邊所得差值的一半與砌塊厚度之比稱為嵌擠度.即β=(a-b)X0.5/h,一般采用分?jǐn)?shù)表示，如1/8,1/6,1/4等。這個(gè)指標(biāo)代表砌塊之間相互抵抗沉降及傳遞水平荷載的能力，比值越大,嵌擠度越高,組合后整體性越好。

??? 為減少砌塊結(jié)構(gòu)受溫度疲勞應(yīng)力及混凝土干縮率的影響[2],甲型砌塊設(shè)計(jì)成矩形,主要尺寸特征是:砌塊外形長(zhǎng)、寬、高比例近似為1:1.2:0.5的立方體;砌塊頂面與底面是平面4個(gè)側(cè)面都是由斜面組成的，約定從俯視圖可以看見的斜面稱為陽(yáng)斜面,看不見的斜面稱為陰斜面,砌塊的4個(gè)側(cè)面是由陽(yáng)斜面與陰斜面交叉排列構(gòu)成(見圖1)。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? a)主視圖?????? ???????b)側(cè)視圖??????????????????? c)俯視圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1，甲型砌塊結(jié)構(gòu)圖

2)乙型砌塊

? ? ?每4個(gè)相鄰甲型砌塊的邊角,形成1個(gè)豎直的空腔,該空腔由相鄰的4個(gè)甲型砌塊的側(cè)面構(gòu)成,空腔形狀是2個(gè)尖角相對(duì)的四棱錐體,此處為灌漿通道,在灌注砂漿后形成乙型砌塊(見圖2)?；炷疗鰤K組裝連接后的結(jié)構(gòu)圖見圖3。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?a)主視圖?????????? b)側(cè)視圖??? c)俯視圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖2 乙型砌塊結(jié)構(gòu)圖

3受力分析

? ? ?砌塊組裝后,在水平面內(nèi)構(gòu)成相互垂直的行與列，每個(gè)砌塊的四角都與其他3個(gè)砌塊形成1個(gè)四棱錐嵌擠體。組合體中任何單塊砌塊在 X、Y水平方向的移動(dòng),不但會(huì)受到同行或同列砌塊突出棱角的阻擋，還會(huì)通過四棱錐體使兩側(cè)45°角方向范圍內(nèi)的砌塊參與受力,這樣就形成1個(gè)三角形受力影響區(qū)。該三角區(qū)內(nèi)受力的砌塊數(shù)位S=n2-1(n≥2,且為整數(shù)),這使組合體具備很強(qiáng)的抵抗水平移動(dòng)的能力，見圖4。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? a)基層平面圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? b)A-A剖面圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? b)B-B剖面圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? b)C-C剖面

? ? ?在豎直的Z軸方向,由于每個(gè)砌塊都有2對(duì)陽(yáng)斜面與陰斜面,因此任何砌塊在豎直方向的移動(dòng)，都會(huì)受到相鄰的2個(gè)砌塊的限制,這2個(gè)砌塊又把壓力向分別與它們嵌擠的其他4個(gè)砌塊傳遞。我們把壓力通過斜面?zhèn)鬟f1次稱為1級(jí),設(shè)N為平面中單個(gè)砌塊受壓時(shí),壓力沿某路徑傳遞的級(jí)數(shù)(單個(gè)方向途經(jīng)的砌塊數(shù))，按2N等比數(shù)列的規(guī)律擴(kuò)散與傳遞,則共同承擔(dān)受力的砌塊總數(shù)為 S=n2(n為自然數(shù)),見圖5。

? ? ?如此,結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)具備限制組合體中單個(gè)砌塊沿著X、Y、Z軸的移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)的立體卯榫與嵌擠組合特點(diǎn),即平面中的單個(gè)砌體都能與周邊8塊砌塊相互卯榫與嵌擠，從而相互限制水平及垂直移動(dòng)。并以此增加砌塊組合體整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。進(jìn)一步提高應(yīng)對(duì)地質(zhì)病害或自然環(huán)境造成的路基塌陷的抵抗力，因此對(duì)不均勻沉降有良好的適應(yīng)能力。如混凝土砌塊的厚度大于翻漿期冰凍深度(不是最大凍深)，則對(duì)道路翻漿有更好的抵抗能力。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4 砌塊組合體水平受力圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖5 砌塊組合體垂直受力圖

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4 結(jié)語(yǔ)

? ? ?綜上所述,嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層結(jié)構(gòu)，僅預(yù)制砌塊甲就能滿足組裝需要，砌塊乙在灌漿過程中形成,因此具有良好的互換性，制造、運(yùn)輸、安裝、管理都很方便。先組裝砌塊再灌注砂漿，養(yǎng)生1d即可進(jìn)行路面鋪裝，因此工藝簡(jiǎn)單,能滿足道路施工工期短、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)的要求。特別適合交通量大、建設(shè)期短、養(yǎng)護(hù)困難的城市道路。該結(jié)構(gòu)也為解決道路軟基、凍土等重點(diǎn)難點(diǎn)問題提供新的技術(shù)解決途徑[3]。此外，由于該結(jié)構(gòu)可以利用粉煤灰、石屑、建筑垃圾等廢棄材料，對(duì)減少粉塵污染保護(hù)環(huán)境有積極意義。

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參考資料:

[1]邵臘庚,李宇峙.嵌擠式混凝土塊路面接縫剪切特性的探討[1].公路交通科技.1999,16(3)10-13

[2]趙維霞,楊萍,許嬋娟,等.現(xiàn)澆回填用泡沫混凝土研究制備[J.混凝土,2010(1):45-49.

[3]王保龍,崔吉淦,方永祿,等.二灰碎石基層材料抗凍性研究[.混凝土與水泥制品,2001(1):9-11.

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